PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK ANODA TUMBAL PADA PIPA BAJA API 5L GRADE B DENGAN VARIASI JUMLAH COATING YANG DIPASANG DI DALAM TANAH

  TUGAS AKHIR – TL 141584

PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK

ANODA TUMBAL PADA PIPA BAJA API 5L

GRADE B DENGAN VARIASI JUMLAH

COATING YANG DIPASANG DI DALAM

TANAH PRIBADI RIDZKY MULYONO NRP 2713 100 085 Dosen Pembimbing : Tubagus Noor Rohmannudin. ST., M.Sc. Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng) DEPARTEMEN TEKNIK MATERIAL Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

  (Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  FINAL PROJECT – TL 141584

DESIGN SYSTEM OF SACRIFIAL ANODE

CATHODIC PROTECTION IN STEEL PIPE API 5L

GRADE B WITH A COATING NUMBER

VARIATION INSTALLED IN SOIL

  PRIBADI RIDZKY MULYONO NRP 2713 100 085 Advisor : Tubagus Noor Rohmannudin. ST., M.Sc.

  Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng) MATERIALS ENGINEERING DEPARTMENT Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Techology Surabaya 2017

  (Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  

PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK ANODA

TUMBAL PADA PIPA BAJA API 5L GRADE B DENGAN

  

VARIASI JUMLAH COATING YANG DIPASANG DI

DALAM TANAH

Nama : Pribadi Ridzky Mulyono NRP : 2713 100 085 Departemen : Teknik Material Dosen Pembimbing : Tubagus Noor R. ST., M.Sc. Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng) ABSTRAK

  Proteksi katodik anoda tumbal adalah salah satu jenis perlindungan logam dari serangan korosi. Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk merancang proteksi katodik pada pipa dengan tipe API 5L dengan variabel coating. Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah perbedaan ketebalan coating yaitu 1 layer dan 2 layer. Dimensi panjang pipa API 5L yang digunakan adalah 1,5m, sedangkan jenis coating yang digunakan yaitu base coat dan top coat. Pengukuran yang dilakukan adalah pengukuran resistivitas tanah dan pH pada tanah tempat pipa digunakan. Pada penelitian terhasilkan bahwa Ketebalan Layer Coating mempengaruhi Angka Arus proteksi pada sistem katodik protek anoda korban dengan meningkatnya jumlah layer tingkat kebutuhan arus semakin rendah dimana layer Coating Sekunder dengan 2 lapis membutuhkan arus paling kecil yaitu 0.40 mA dengan nilai yang paling tinggi dengan Coating primer dengan 1.21 mA

  Kata-kata kunci: Korosi, Proteksi Katodik, Anoda Korban, SACP, API 5L

  (

Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  

DESIGN SYSTEM OF SACRIFIAL ANODE CATHODIC

PROTECTION IN STEEL PIPE API 5L GRADE B WITH A

COATING NUMBER VARIATION INSTALLED IN SOIL

Name : Pribadi Ridzky Mulyono NRP : 2713 100 108 Department : Materials Engineering Advisors : Tubagus Noor R. ST., M.Sc. Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng) ABSTRACT

  The sacrificial anode cathodic protection is one type of

metal protection from corrosion attack. The purpose of this

research is to design cathodic protection on pipe with API type 5L

with coating variable. Variable used in this research is difference

of coating thickness that is 1 layer and 2 layer. The 5L API pipe

length dimension used is 1.5m, while the type of coating used is

base coat and top coat. Measurements taken are the measurement

of soil resistivity and pH on the ground where the pipe is used. In

the research result that the thickness of Layer Coating influences

the number of protection current on cathodic system of victim

anode protective with increasing number of layer level of current

requirement is lower where Secondary Coating layer with 2

layers require the smallest current that is 0.40 mA with the

highest value with primary coating With 1.21 mA

Keywords: SS 316L, TIG, current, travel speed, microstructure,

hardness.

  (

Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

KATA PENGANTAR

  Alhamdulillah puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, anugerah, serta karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir serta menyusun laporan tugas akhir dengan judul

  

“PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI KATODIK

ANODA TUMBAL PADA PIPA BAJA API 5L GRADE B

DENGAN OPTIMASI POTENSIAL PROTEKSI UNTUK

  

VARIASI JUMLAH COATING YANG DIPASANG DI

DALAM TANAH”

  . Laporan tugas akhir ini dibuat untuk melengkapi mata kuliah tugas akhir yang menjadi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T.) di Departemen Teknik Material - Fakultas Teknologi Industri - Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

  Dalam pengerjaan tugas akhir ini. Tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, laporan tugas akhir ini tidak dapat terselesaikan dengan baik. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada pihak yang telah memberikan dukungan, bimbingan, dan kesempatan kepada penulis hingga laporan tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik, diantaranya:

  1 Orang Tua dan Kerabat yang dengan serta merta menyemangati dan memberi do’a untuk terselesaikannya tugas akhir.

  2 Bapak Tubagus Noor R S.T., M.Sc. selaku dosen pembimbing tugas akhir penulis yang telah memberikan ilmu selama pengerjaan tugas akhir.

  3 Bapak Dr. Lukman N, ST., M.Sc (Eng) selaku dosen pembimbing tugas akhir penulis yang telah membimbing dan memberikan banyak ilmu selama pengerjaan tugas akhir ini.

  4 Bapak Dr. Eng. Hosta Ardhyananta, S.T., M.Sc. selaku Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Material FTI- ITS.

  5 Tim Dosen Penguji seminar dan sidang tugas akhir, serta seluruh bapak dan ibu dosen dan karyawan di lingkungan Departemen Teknik Material FTI-ITS yang tak kenal lelah dalam mendidik putra-putri terbaik bangsa ini.

  6 Teman-teman yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.

  7 Serta seluruh pihak yang belum bisa dituliskan satu per satu oleh penulis. Terimakasih atas dukungan dan bantuan teman- teman sekalian.

  Penulis berharap laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi seluruh pihak yang membaca. Penulis menyadari masih terdapat banyak yang dapat di kembangkan dalam penulisan laporan tugas akhir ini, sehingga penulis sangat menerima kritik dan saran dari para pembaca yang dapat membangun demi kesempurnaan laporan tugas akhir ini.

  Surabaya, Juli 2017 Penulis,

  Pribadi Ridzky Mulyono 2713100085

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i LEMBAR PENGESAHAN v ABSTRAK vii ABSTRACT ix KATA PENGANTAR xi DAFTAR ISI xii DAFTAR GAMBAR xvii DAFTAR TABEL xix

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang

  1

  1.2 Rumusan Masalah 2

  1.3 Batasan Masalah

  2

  1.4 Tujuan Penelitian 3

  1.5 Manfaat Penelitian 3

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Korosi

  5

  2.2 Elektrokimia dan Redox

  8

  2.3 Deret Volta

  10

  2.4 Sel Galvani dan Contohnya12

  2.5 Laju Korosi

  16

  2.5.1 Polarisai

  16

  2.5.2 Pasivasi17

  2.6 Jenis-jenis Korosi 18

  2.6.1 Korosi Sumuran

  18

  2.6.2 Korosi Crevice 19

  2.6.3 Korosi Merata 20

  2.6.4 Korosi Erosi

  21

  2.6.5 Korosi Retak Tegang

  23

  2.7 Korosi Pipa Baja Dalam Tanah

  23

  2.7.1 Tekstur dan Struktur Tanah

  27

  2.7.2 Resistivitas

  28

  2.7.2.1 Uji Resistivitas Tanah

  29

  2.7.3 Kelembaban Tanah

  31

  2.7.4 Keasaman Tanah

  33

  2.7.5 Kelarutan Garam

  35

  2.7.6 Hubungan Potensia, pH, dan Korosi

  36

  2.7.7 Pengaruh Lingkungan Terhadap Korosi 37

  2.8 Konsep Pengendalian Korosi

  40

  2.9 Elektroda Referensi

  45

  2.10 Proteksi Katodik 46

  2.11 Proteksi Katodik Anoda Korban

  49

  2.12 Proteksi Katodik Arus Paksa

  51

  2.13 Anoda

  53

  2.14 Kedalaman Tanam Anoda Groundbed

  54

  2.15 Lapisan Coating 56

  2.15.1 Coating Primer

  57

  2.15.2 Coating Sekunder

  58

  2.16 Potensial Proteksi 58

  2.17 Densitas Arus

  62

  2.18 Overprotection

  62

  2.19 Diagram Pourbaix

  63

  2.20 Parameter Desain Sistem Proteksi Katodik Anoda Korban

  67

  2.21 Desain Perhitungan Proteksi Katodik Anoda Korban

  71

  2.22 Penelitian Sebelumnya

  74 BAB III METODOLOGI

  3.1 Diagram Alir

  77

  3.2 Bahan Penelitian

  78

  3.3 Peralatan 78

  3.4 Langkah Perangcangan

  78 BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

  4.1 Analisis Data

  89

  4.1.1 Kriteria Desain 89

  4.1.2 Standar Desain Perancangan

  89

  4.2 Pengumpulan Data 89

  4.2.1 Data Material

  89

  4.2.2 Data Tanah

  90

  4.2.3 Perhitungan Desain

  94

  4.2.3.1 Menghitung Resistansi Groundbed Anoda

  96

  4.2.3.2 Arus Keluaran Anoda

  97

  4.2.4 Data Anoda

  97

  4.2.5 Data Backfill Anoda

  97

  4.3 Perhitungan Arus dan Potensial

  98

  4.4 Hasil Proteksi 104

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan 111

  5.2 Saran 111

  DAFTAR PUSTAKA xxiii LAMPIRAN xxv BIODATA PENULIS xlv

  (Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

  Proses Korosi

  7 Gambar 2.2 Bagian Sel Volta/Galvani 13

  Gambar 2.3

  Notasi Sel 14

  Gambar 2.4

  Sel Kering 15

  Gambar 2.5

  Mekanisme Korosi Sumuran

  19 Gambar 2.6 Contoh Korosi Celah

  20 Gambar 2.7 Korosi Merata

  21 Gambar 2.8 Korosi Erosi

  22 Gambar 2.9 Korosi SCC

  23 Gambar 2.10 Laju Korosi pada Penambahan Oxidizer 24

  Gambar 2.11

  Sirkuit Dasar Metode Wenner

  30 Gambar 2.12 Beberapa Jenis Pengukuran Resistivitas Tanah

  31 Gambar 2.13 Korosi Logam Tanah dipengaruhi pH

  33 Gambar 2.14 Korosi pada Knalpot kendaraan Bermotor

  39 Gambar 2.15 Pelapisan dengan Krom

  42 Gambar 2.16 Pelapisan dengan Timah

  42 Gambar 2.17 Pelapisan dengan Zinc

  43 Gambar 2.18 Potensial Elektroda Referensi terhadap SHE

  46 Gambar 2.19 Proteksi Katodik

  48 Gambar 2.20 Point Deep Well Anode Groundbed

  55 Gambar 2.21 Diagram Pourbaix

  59 Gambar 2.22 Maksimum Konsentrasi impurities untuk anoda Al dan Zn berdasarkan DNV RP 401

  70 Gambar 2.23 Grafik potensial proteksi pipa

  75 Gambar 3.1 Diagram alir

  77 Gambar 3.2 Pengukuran Resistivitas Tanah

  79 Gambar 3.3 Pengukuran pH Tanah

  80 Gambar 3.4 Pengukuran diameter Dalam Pipa 83

  Gambar 3.5

  Pengukuran diameter Luar Pipa

  83 Gambar 3.6 Pengukuran pipa baja Api 5L Grade B

  84 Gambar 3.7 Pembersihan pipa dari pengotor

  84 Gambar 3.8 Pengait kabel pada pipa baja

  85

  Gambar 3.9

  Pemberian Coating dengan Coating Primer 85

  Gambar 3.10

  Pemberian Coating dengan Coating Sekunder

  86 Gambar 3.11 Pengukuran Tegangan Proteksi

  87 Gambar 4.1 Hasil Grafik V pipa Proteksi 101

  Gambar 4.2

  Data Pengujian Arus Pipa 103

  Gambar 4.3

  Pipa Coating Setelah 30 hari Pemberian Proteksi 105

  Gambar 4.4

  Pipa Coating Sekunder dengan 2 lapis mulai mengalami keretakan lapisan coating di beberapa daerah 106

  Gambar 4.5

  Pipa coating dengan 1 lapis sekunder terjadi korosi di titik tertentu 106

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

  Konstanta Corrosion Rate Unit Desire 16

  Tabel 2.2

  Ukuran Partike pada Tekstur Tanah

  28 Tabel 2.3 Pengaruh Resistivitas Tanah Terhadap Laju Korosifitas

  29 Tabel 2.4 Data Hubungan pH Tanah dengan Sifat Korosif

  34 Tabel 2.5 Spesifikasi Anoda

  53 Tabel 2.6 Tabel Pourbaix

  60 Tabel 2.7 Densitas Arus 62

  Tabel 2.8

  Kebutuhan Arus Proteksi berdasarkan ISO 15589

  68 Tabel 2.9 Komposisi Kimia Anoda Paduan Zn

  69 Tabel 2.10

  Rule of Thumb Pemilihan Anoda

  70 Tabel 4.1 Komposisi Kimia Baja API 5L Grade B

  90 Tabel 4.2 Resistivitas Tanah

  90 Tabel 4.3 Data pH

  92 Tabel 4.4 Dimensi Produk Anoda Zinc 97

  Tabel 4.5

  Potensial Pipa Pada Tanah

  98 Tabel 4.6 Nilai Proteksi Katodik Pipa 100

  Tabel 4.7

  Data Arus Pengujian

  (Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  

Laporan Tugas Akhir

Jurusan Teknik Material FTI – ITS

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi.

  Dalam kehidupan sehari-hari, korosi dapat kita jumpai terjadi pada berbagai jenis logam. Bangunan-bangunan maupun peralatan elektronik yang memakai komponen logam seperti seng, tembaga, besi baja, dan sebagainya semuanya dapat terserang oleh korosi ini. Selain pada perkakas logam ukuran besar, korosi ternyata juga mampu menyerang logam pada komponen-komponen renik peralatan elektronik, mulai dari jam digital hingga komputer serta peralatan canggih lainnya yang digunakan dalam berbagai aktivitas umat manusia, baik dalam kegiatan industri maupun di dalam rumah tangga.

  Korosi merupakan salah satu masalah utama dalam dunia industri. Tentunya karena korosi menyebabkan kegagalan pada material yang berujung pada kerusakan pada peralatan atau kegagalan pada operasi yang menimbulkan kerugian yang tidak sedikit.Pengendalian korosi dapat dilakukan dengan berbagai cara. Untuk mengendalikan serangan korosi internal dibagian dalam pipa, dapat dilakukan dengan menggunakan metode lining atau menggunakan inhibitor. Untuk mencegah korosi pada bagian luar pipa dapat dilakukan dengan cara mengubah lingkungan sekitar pipa menjadi tidak korosif. Upaya lain untuk mengendalikan serangan korosi pada bagian luar pipa juga dapat dilakukan dengan menggunakan coating. Selain kedua metode tersebut, pengendalian korosi dapat menggunakan system proteksi katodik. Proteksi katodik dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu metode impressed current dan metode anoda korban (sacrificial/galvanic anode).

  

Laporan Tugas Akhir

  2 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

  Proses Perlindungan dengan pelapisan logam ini dilakukan dengan sistem electroplating dimana logam pelapis dalam contoh ini nikel bertindak sebagai anoda, sedangkan benda kerja yang dilapisi sebagai katoda. Dalam operasi pelapisan, kondisi operasi perlu diperhatikan karena akan menentukan berhasil tidaknya proses pelapisan serta mutu yang diinginkan, dalam kaitannya dengan tebal lapisan yang terbentuk pada logam dasar, ada beberapa kondisi operasi yang mempengaruhi, diantaranya rapat arus, konsentrasi larutan, temperature.

  Lalu untuk perlindungan dengan proteksi katodik anoda korban ini dilakukan dengan system galvanic dimana logam yang mempunya nilai potensial rendah dalam contoh yaitu zinc menjadi anoda dan yang mempunya potensial yang lebih tinggi yaitu logam yang ingin dilindungi

  Tugas akhir ini akan membahas sistem proteksi katodik

  

Sacrificial Anode (anoda korban) yang disimulasikan untuk

  mengevaluasi kinerja sistem proteksi katodik Anoda Korban (Sacrificial Anode) sehingga dapat menentukan efektifitas pada sistem proteksi tersebut.

1.2. Perumusan Masalah

  Permasalahan yang terdapat pada penelitian ini adalah:

  1. Bagaimana mendesain sistem proteksi anoda korban (Sacrifical Anode Cathodic Protection) pada pipa baja API 5l Grade B

2. Apa saja faktor faktor dalam sistem kerja proteksi anoda

  korban (sacrificial anode cathodic protection) pada pipa baja yang berada di dalam tanah yang dapat mempengaruhi sistem kerja tersebut.

1.3. Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

  

Laporan Tugas Akhir

  3 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

  1. Merancang (desain) sistem proteksi anoda korban pada

  pipa baja API 5L Grade B yang sesuai dengan nilai standar proteksi pada NACE RP169-2002.

  2. Menganalisa faktor faktor yang mempengaruhi sistem

  kerja proteksi anoda korban pada pipa baja API 5L grade B pada tanah.

1.4. Batasan dan Ruang Lingkup Penelitian

  Batasan-batasan dari permasalahan yang dibahas didalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

  1. Pipa baja yang digunakan pada penelitian ini adalah tipe API 5L grade B

  2. Pipa yang digunakan diberikan proses Coating Jenis Epoxy.

  3. Pipa tertanam pada tempat Departemen Teknik Material

  FTI-ITS

1.5. Manfaat penelitian Penelitian

  

Penelitian tugas akhir ini dilakukan untuk memberikan

manfaat antara lain antara lain:

  

1. Menghasilkan rancangan sistem proteksi katodik

anoda korban pada pipa API 5L grade B dengan perbedaan coating

  2. Dapat mempelajari pengaruh yang mempengaruhi

  

sistem proteksi anoda korban pada pipa API 5L

grade B dalam tanah

4 Laporan Tugas Akhir

  

Jurusan Teknik Material FTI-ITS

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

  

Laporan Tugas Akhir

Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Korosi

  Indonesia merupakan negara yang beriklim tropis dengan tingkat curah hujan dan kelembaban yang tinggi serta intensitas sinar matahari yang tinggi pula, dan sebagai Negara berkembang, di Indonesia juga banyak bermunculan industri-industri yang mempunyai pengaruh cukup besar terhadap tingkat pencemaran pada lingkungan. Fenomena alam dan material khususnya logam mempunyai suatu keterikatan dalam suatu sistem dan proses. Hubungan tersebut diimplementasikan dalam suatu proses kerusakan yang dinamakan korosi.

  Korosi adalah reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa- senyawa yang tak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi.Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa oksida dan karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe ^{2 O 3 . x H 2 O, suatu zat padat yang berwarna coklat-} merah.Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anoda, di mana besi mengalami oksidasi.

  Fe(s) ↔ Fe ^{2 +(aq) + 2e Eº = +0.44 V (2.1)} Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain besi itu yang bertindak sebagai katoda, di mana oksigen tereduksi.

  O ^{2 (g) + 2H 2 O(l) + 4e ↔ 4OH-(aq) Eº = +0.40 V (2.2)} atau O ^{2 (g) + 4H+(aq) + 4e ↔ 2H 2 O(l) Eº = +1.23 V (2.3)} Adapun syarat terjadinya korosi adalah :

  1. Adanya katoda

  2. Adanya anoda

  3. Adanya lingkungan

  

Laporan Tugas Akhir

  6 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

  Tanpa adanya salah satu syarat di atas maka korosi tidak akan terjadi. Korosi tidak dapat di hilangkan tetapi hanya dapat di minimalisir pertumbuhannya.

  Kecepatan korosi sangat tergantung pada banyak faktor, seperti ada atau tidaknya lapisan oksida, karena lapisan oksida dapat menghalangi beda potensial terhadap elektrode lainnya yang akan sangat berbeda bila masih bersih dari oksida. Korosi pada besi menimbulkan banyak kerugian, karena barang-barang atau bangunan yang menggunakan besi menjadi tidak awet. Korosi pada besi dapat dicegah dengan membuat besi menjadi baja tahan karat (stainless steel), namun proses ini membutuhkan biaya yang mahal, sehingga tidak sesuai dengan kebanyakan pengunaan besi. Penggunaan struktur yang terbuat dari besi dan baja kini memiliki peranan yang sangat penting dalam dunia industri terutama pada penggunaan untuk saluran air, saluran gas, maupun tiang konstruksi. Struktur yang diaplikasikan pada kegiatan tersebut didesain sedemikian rupa agar dapat dipakai hingga 30-50 tahun.

  Namun pada kenyataannya timbul banyak permasalahan yang menyebabkan turunnya kualitas baja tersebut hingga terjadi kerusakan yang sangat parah. Hal ini dikarenakan korosi yang menjadi penyebab utama terhadap kegagalan material dimana dampak yang ditimbulkan akan berimbas pada lingkungan dan ekonomi. Oleh karena itu, berbagai upaya terus dilakukan guna untuk mempertahankan masa pemakaian yang lebih lama dan sesuai standar.

  Selain itu, kondisi pada struktur yang dipendam didalam

tanah dapat membuat masalah menjadi lebih kompleks. Pada

umumnya, korosi pada tanah dapat dibatasi dengan pengukuran

resistivitas tanah dan potensial struktur terhadap tanah. Namun

setelah diteliti kembali masih terdapat banyak faktor yang dapat

menyebabkan timbulnya korosi pada tanah, diantaranya ialah

jenis tanah, kelembaban, pH tanah, dan cacat/goresan pada baja

yang dapat menimbulkan korosi sumuran. Pelapisan (Coating)

menjadi solusi untuk menjaga kestabilan dan penghalang terhadap

  

Laporan Tugas Akhir

  7 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

lingkungan korosif untuk mengurangi laju degradasi. Lapisan

tambahan diberikan untuk mengisolasi struktur agar terhindar dari

lingkungan luar yang dapat menimbulkan korosi.

  Pada proses korosi ada dua reaksi yang menyebabkan terjadinya korosi yaitu reaksi oksidasi dan reaksi reduksi. Pada reaksi oksidasi akan terjadi pelepasan elektron oleh material yang lebih bersifat anodik. Sedangkan reaksi reduksi adalah pemakaian elektron oleh material yang lebih bersifat katodik.

  Proses korosi secara galvanis dapat kita lihat pada gambar berikut :

Gambar 2.1 Proses Korosi

  Pada reaksi di atas dapat kita lihat dimana Cu bertindak sebagai katoda mengalami pertambahan massa dengan melekatnya electron pada Cu. Sedangkan Zn bertindak sebagai anoda, dimana terjadinya pengurangan massa Zn yang di tandai dengan lepasnya elektron dari Zn. Peristiwa pelepasan dan penerimaan elektron ini harus mempunyai lingkungan, dimana yang menjadi lingkungan adalah asam sulfat. Jika ada dua buah

8 Laporan Tugas Akhir

  Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

  unsur yang di celupkan dalam larutan elektrolit yang di hubungkan dengan sumber arus maka yang akan mengalami korosi adalah material yang lebih anodik.(Tretheway,1991)

2.2 Elektrokimia dan Redox

  Elektrokimia adalah cabang kimia yang mempelajari reaksi kimia yang berlangsung dalam larutan pada antarmuka konduktor elektron (logam atau semikonduktor) dan konduktor ionik (elektrolit), dan melibatkan perpindahan elektron antara elektroda dan elektrolit atau sejenis dalam larutan.Jika reaksi kimia didorong oleh tegangan eksternal, maka akan seperti elektrolisis, atau jika tegangan yang dibuat oleh reaksi kimia seperti di baterai, maka akan terjadi reaksi elektrokimia. Sebaliknya, reaksi kimia terjadi di mana elektron yang ditransfer antara molekul yang disebut oksidasi / reduksi (redoks) reaksi. Secara umum, elektrokimia berkaitan dengan situasi di mana oksidasi dan reduksi reaksi dipisahkan dalam ruang atau waktu, dihubungkan oleh sebuah sirkuit listrik eksternal.

  Ada dua jenis sel elektrokimia, yaitu sel galvanik dan elektrolit. Sel galvanik adalah sel yang menghasilkan tenaga listrik ketika sel mengalami reaksi kimia sedangkan Sel elektrolit adalah sel yang mengalami reaksi kimia ketika tegangan listrik diterapkan. Elektrolisis dan korosi adalah contoh dari proses penting seperti yang ada pada elektrokimia. Prinsip-prinsip dasar elektrokimia didasarkan pada rasio tegangan antara dua zat dan memiliki kemampuan untuk bereaksi satu sama lain. Semakin lama logam dalam elemen galvanik yang terpisah dalam seri tegangan elektrokimia, semakin kuat listrik akan terekstrak. Teori Elektro-kimia dan metode elektrokimia memiliki aplikasi praktis dalam teknologi dan industri dalam banyak cara. Penemuan dan pemahaman reaksi elektrokimia telah memberikan kontribusi untuk mengembangkan sel bahan bakar dan baterai, dan pemahaman logam relatif terhadap satu sama lain dalam elektrolisis dan korosi. Reaksi kimia yang terjadi pada antarmuka konduktor listrik (disebut elektroda yang dapat menjadi logam

  

Laporan Tugas Akhir

  9 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

  atau semikonduktor) dan konduktor ionik (elektrolit) dapat menjadi solusi dan dalam beberapa kasus khusus, zat padat . Jika reaksi kimia didorong oleh beda potensial maka, secara eksternal disebut elektrolisis. Namun, jika penurunan potensi listrik dibuat sebagai hasil dari reaksi kimia, yang dikenal sebagai "daya baterai", juga disebut sel baterai atau galvanik. Reaksi kimia yang menghasilkan perpindahan elektron antara molekul yang dikenal sebagai reaksi redoks, dan pentingnya dalam elektrokimia sangat penting, karena melalui reaksi tersebut dilakukan proses yang menghasilkan listrik atau sebaliknya, yang diproduksi sebagai konsekuensinya. Secara umum, studi elektrokimia menangani situasi di mana terdapat reaksi oksidasi-reduksi ditemukan dipisahkan secara fisik atau sementara, berada di lingkungan yang terhubung ke sebuah sirkuit listrik. Penelitian yang terakhir adalah kimia analitik dalam subdiscipline dikenal sebagai analisis potensiometri. Ada 2 prinsip sel elektrokimia:

  1. Sel yang melakukan kerja dengan melepaskan energi dari reaksi spontan

  2. Sel yang melakukan kerja dengan menyerap energi dari sumber listrik untuk menggerakkan reaksi non spontan.

  Sel elektrokimia baik yang melepas atau menyerap energi selalu melibatkan perpindahan elektron-elektron dari satu senyawa ke senyawa yang lain dalam suatu reaksi oksidasi reduksi. Oksidasi adalah hilangnya elektron sedangkan reduksi diperolehnya elektron. Zat pengoksidasi adalah spesies yang melakukan oksidasi, mengambil elektron dari zat yang teroksidasi. Zat pereduksi adalah spesies yang melakukan reduksi memberikan elektron kepada zat yang tereduksi. Setelah reaksi zat teroksidasi memiliki bilangan oksidasi lebih tinggi sedangkan zat tereduksi memiliki bilangan oksidasi lebih rendah

  Redoks adalah istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom dalam sebuah reaksi kimia. Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhana seperti oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, atau reduksi karbon oleh hidrogen menghasilkan metana(CH4),

10 Laporan Tugas Akhir

  Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

  ataupun ia dapat berupa proses yang kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh manusia melalui rentetan transfer elektron yang rumit. Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Ia dapat dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:

  Oksidasi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah

   molekul, atom, atau ion Reduksi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah

   molekul, atom, atau ion.

  Oksidasi dan reduksi tepatnya merujuk pada perubahan bilangan oksidasi karena transfer elektron yang sebenarnya tidak akan selalu terjadi. Sehingga oksidasi lebih baik didefinisikan sebagai peningkatan bilangan oksidasi, dan reduksi sebagai penurunan bilangan oksidasi. Dalam praktiknya, transfer elektron akan selalu mengubah bilangan oksidasi, namun terdapat banyak reaksi yang diklasifikasikan sebagai "redoks" walaupun tidak ada transfer elektron dalam reaksi tersebut (misalnya yang melibatkan ikatan kovalen). Reaksi non-redoks yang tidak melibatkan perubahan muatan formal (formal charge) dikenal sebagai reaksi metatesis.

  (Day & Underwood,1998)

2.3 Deret Volta

  Untuk mengetahui unsur yang lebih anodik dan lebih katodik dapat kita lihat pada deret Volta. Berikut deret Volta :

  K – Ca – Na – Mn – Al – Zn – Fe – Sn – Pb – H –

Cu – Hg – Ag – Pt – Au (2.4)

  Pada Deret Volta, unsur logam dengan potensial elektrode

lebih negatif ditempatkan di bagian kiri, sedangkan unsur dengan

potensial elektrode yang lebih positif ditempatkan di bagian

kanan.

Semakin ke kiri kedudukan suatu logam dalam deret tersebut,

maka

  

Laporan Tugas Akhir

  11 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

  Logam semakin reaktif (semakin mudah melepas

• elektron) Logam merupakan reduktor yang semakin kuat (semakin
• mudah mengalami oksidasi)

  Sebaliknya, semakin ke kanan kedudukan suatu logam dalam

  deret tersebut, maka Logam semakin kurang reaktif (semakin sulit melepas
• elektron) Logam merupakan oksidator yang semakin kuat (semakin
• mudah mengalami reduksi)

  Salah satu metode untuk mencegah korosi antara lain dengan menghubungkan logam (misalnya besi) dengan logam yang letaknya lebih kiri dari logam tersebut dalam deret volta (misalnya magnesium) sehingga logam yang mempunyai potensial elektrode yang lebih negatif lah yang akan mengalami oksidasi. Metode pencegahan karat seperti ini disebut perlindungan katodik. Contoh lain dari perlindungan katodik adalah pipa besi, tiang telepon, dan berbagai barang lain yang dilapisi dengan zink, atau disebut Galvanisasi. Zink dapat melindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya tidak utuh. Oleh karena potensial reduksi besi lebih positif daripada zink (posisinya dalam deret Volta lebih ke kanan), maka besi yang kontak dengan zink akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Dengan demikian besi terlindungi dan zink yang mengalami oksidasi. Badan mobil-mobil baru pada umumnya telah digalvanisasi, sehingga tahan karat.

  Selain contoh reaksi sebelumnya kita juga dapat lihat peristiwa korosi lainnya yaitu pada peristiwa perkaratan (korosi) logam Fe mengalami oksidasi dan oksigen (udara) mengalami reduksi. Rumus kimia dari karat besi adalah Fe ^{2 O 3 . xH 2 O dan} berwarna coklat-merah. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anoda, dimana besi mengalami oksidasi. ₂₊

  Fe(s) —–> Fe (aq) +2e E=+0,44V (2.5) O ^{2 (g)+2H 2 O(l)+4e—->4OH E=+0,40V (2.6)}

12 Laporan Tugas Akhir

  

Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

  Ion besi (II) yg terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi (III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi Fe ^{2 O 3 . xH 2 O.} Berdasarkan sifatnya korosi terbagi atas :

  1. Korosi Aktif Ciri-ciri dari korosi aktif ini antara lain :

  Mudah melepaskan ion

• Mudah menempel di tangan
• Contoh : Paku yang berkarat

  2. Korosi Pasif Ciri-ciri dari korosi pasif ini antara lain :

  Sulit melepaskan ion

• Sulit menempel di tangan
• Contoh : Korosi pada AL

  (Whiten, 2013)

2.4 Sel Galvani dan Contohnya

  Sel volta atau sel galvani adalah suatu sel elektrokimia yang terdiri atas dua buah elektrode yang dapat menghasilkan energi listrik akibat terjadinya reaksi redoks secara spontan pada kedua elektroda tersebut. yaitu sel yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Sel Galvani / Sel Volta disebut juga sel kimia. Sel Galvani dipakai sebagai sumber listrik untuk penerangan, pemanasan, menjalankan motor, dan sebagainya. Reaksi redoks spontan yang dapat mengakibatkan terjadinya energi listrik ini ditemukan oleh Alessandro Guiseppe Volta (1800) dan Luigi Galvani (1780). Deret Volta pada Gambar 1 merupakan deret yang menyatakan unsur-unsur logam berdasarkan potensial elektrode standarnya. Dan ini digunakan sebagai acuan apakah sebuah logam bisa bereaksi dengan ion logam lain (Chang, 2005) Untuk prinsip kerja sel galvani sendiri yaitu:

a) Terdiri atas elektrode dan elektrolit yang dihubungkan

dengan sebuah jembatan garam

  Laporan Tugas Akhir

  13 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

  

b) Pada anode terjadi reaksi oksidasi dan pada katode terjadi

reaksi reduksi c) Arus elektron mengalir dari katode ke anode

  d) Arus listrik mengalir dari katode ke anode

  

e) Adanya jembatan garam untuk menyeimbangkan ion-ion

  Untuk perlu dipahami juga anoda dan katoda adalah elektroda dengan polaritas yang berlawanan, Pada sel galvani, Anoda adalah elektroda sel kutub negatif (-), sedangkan katoda adalah elektroda sel yang berkutub (+). Anoda mengalami oksidasi (Pelepasan Elektron) yaitu sebagai reduktor sedangkan katoda mengalami reaksi reduksi (mengikat elektron) yaitu sebagai oksidator (Keenan,1980). Bagian – bagian Sel Galvani atau Sel Volta (Gambar 2) yaitu:

1. Voltmeter, untuk menentukan besarnya potensial sel

  

2. Jembatan garam (salt bridge), untuk menjaga kenetralan

muatan listrik pada larutan

  

3. Anode, elektrode negatif, tempat terjadinya reaksi

oksidasi. pada gambar, yang bertindak sebagai anode adalah elektrode Zn/seng (zink electrode)

  

4. Katode, elektrode positif, tempat terjadinya reaksi

reduksi. Pada gambar 2, yang bertindak sebagai katode adalah elektrode Cu/tembaga (copper electrode)

Gambar 2.2 Bagian Sel volta/Galvani

14 Laporan Tugas Akhir

  

Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

Susunan Sel Voltanya dinotasikan dengan Notasi sel: Y | ion Y || ion X | X. Dimana pada bagian kanan menyatakan katode

  (yang mengalami reduksi), dan bagian kiri menyatakan anode (yang mengalami oksidasi). Pemisahan oleh jembatan garam dinyatakan dengan || sedangkan batas fasa dinyatakan |. Penggambaran notasi sel juga dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 2.3 Notasi Sel

  Pada gambar di atas, logam X mempunyai potensial reduksi yang lebih positif dibanding logam Y, sehingga logam Y bertindak sebagai anoda dan logam X bertindak sebagai katoda. Jembatan garam mengandung ion-ion positif dan ion-ion negatif yang berfungsi menetralkan muatan positif dan negatif dalam larutan elektrolit. Contoh Soal Penulisan Notasi Sel : Notasi sel _{2+ 2+ 2+ 2+}

untuk reaksi Cu +Zn -> Cu + Zn yaitu Zn | Zn || Cu | Cu.

  Proses yang terjadi adalah ₂₊

  

a) Pada anode, logam Zn melepaskan elektron dan menjadi Zn

_{- 2+} yang larut. Zn(s) → Zn (aq) + 2e ₂₊

  

b) Pada katode, ion Cu menangkap elektron dan mengendap

menjadi logam Cu. _{2+ -} Cu (aq) + 2e → Cu(s) Hal ini dapat diketahui dari berkurangnya massa logam Zn setelah reksi, sedangkan massa logam Cu bertambah. Reaksi total yang terjadi pada sel galvani adalah: _{2+ 2+} Zn(s) + Cu (aq) → Zn (aq) + Cu(s)

  (Oxtoby,2001)

  

Laporan Tugas Akhir

  15 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

  Contoh beberapa Sel Galvani dalam kehidupan sehari-hari:

  1. Sel Kering (Sel Leclanche) Dikenal sebagai batu baterai. Pada Gambar 4, dapat dilihat

bahwa sel kering terdiri dari katode yang berasal dari karbon

(grafit) dan anode logam zink. Elektrolit yang dipakai berupa

pasta campuran MnO2, serbuk karbon dan NH4Cl.

  Persamaan reaksinya : Katode : 2MnO

^{2 + 2H+ + 2e -> Mn}

₂₊ ^{2 O 3 + H 2 O}

₊

Anode : Zn -> Zn + 2e

Reaksi sel : 2MnO + 2H + Zn -> Mn O + H O + Z

_{2 2 3 2} Anode (-) : Logam seng (Zn) yang dipakai sebagai wadah.

  Katode (+) : Batang karbon (tidak aktif) Elektrolit : Campuran berupa pasta yang terdiri dari MnO , ₂ NH ^{4 Cl, dan sedikit air}

Gambar 2.4 Sel Kering

  2. Sel aki Sel aki disebut juga sebagai sel penyimpan, karena dapat

berfungsi penyimpan listrik dan pada setiap saat dapat

dikeluarkan .Anodenya terbuat dari logam timbal (Pb) dan

katodenya terbuat dari logam timbal yang dilapisi PbO2. Reaksi

penggunaan aki : _2- Anode : Pb + SO4 -> PbSO

• _{+ 2-}

  ^{4 + 2e} Katode : PbO ^{2 + SO4 + 4H + 2e -> PbSO} _{2- +} ^{4 + 2H}
^{2 O} Reaksi sel : Pb + 2SO + PbO + 4H ” 2PbSO + 2H O _{4 2 4 2}

16 Laporan Tugas Akhir

  Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS Reaksi Pengisian aki : 2PbSO ₄ + 2H ₂ O -> Pb + 2SO ₄ ^2- + PbO ^{2 + 4H +} Anode (-) : Lempeng logam timbal (Pb).

Katode (+) : Lempeng logam oksida timbal (PbO2)

  Elektrolit : Larutan asam sulfat (H ^{2 SO 4 ) encer (Oman,} 1999)

2.5 Laju Korosi

  Laju korosi diperhitungkan dengan menyatakan berat yang hilang per satuan luas permukaan per satuan waktu. Mengingat laju korosi (mpy) merupakan ekspresi yang terbaik karena merupakan penetrasi korosi tanpa decimal, maka satuan laju korosi ini bias didekati dengan rumus

  CR = (K . W) / (A . T . D) Dimana W = berat yang hilang (gram) D = Densitas specimen (g/cm ³ )

  A = Luas permukaan specimen (cm ² ) T = waktu paparan (jam) K = konstanta laju korosi (dapat dilihat pada table)

Tabel 2.1 Konstanta Corrosion Rate Unit Desire

  Corrosion Rate Unit Desire K Mils per year (mpy) 3,45 x 10 ⁶ Inches per year (ipy) 3,45 x 10 ³ Inches per month (ipm) 2,87 x 10 ² Millimetres per year (mm/y) 8,76 x 10 ⁴ Micrometres per year (um/y) 8,76 x 10 ⁷ Picometres per second (pm/s) 2,78 x 10 ⁶ Grams per square meter per hour (g/m ² .h) 1,00 x 10 ⁴ x D Milligrams per square decimeter per day (mdd)

  2,40 x 10 ⁶ x D

  

Laporan Tugas Akhir

  17 Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

  Berikut ini adalah beberapa faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi laju korosi suatu material:

  2.5.1 Polarisasi